新研究将眨眼的进化与陆地生命的过渡联系起来

一种不寻常的会眨眼的鱼，弹涂鱼，一天中的大部分时间都在水外度过，它提供了关于眨眼在我们祖先过渡到陆地生活的过程中如何以及为什么会进化的线索。新的研究表明，这些两栖鱼类已经进化出一种眨眼行为，其目的与我们眨眼的许多相同目的。结果表明，大约 3.75 亿年前，眨眼可能是允许四足动物(包括哺乳动物、鸟类、爬行动物和两栖动物在内的一组动物)过渡到陆地生活的一系列特征之一。

该研究发表在 4 月 24 日那周的国家科学院院刊上，由宾夕法尼亚州立大学生物学助理教授 Thomas Stewart 和塞顿希尔大学生物学助理教授 Brett Aiello 领导。

“动物眨眼的原因有很多，”斯图尔特说。“它帮助我们保持眼睛湿润和清洁，帮助我们保护眼睛免受伤害，我们甚至使用眨眼进行交流。研究这种行为最初是如何进化的一直具有挑战性，因为允许眨眼的解剖学变化主要发生在软组织中，而这些组织在化石记录中保存得不好。独立进化出眨眼行为的弹涂鱼让我们有机会测试眨眼如何以及为什么会在经常离开水面待在陆地上的活鱼中进化。”

为了解弹涂鱼如何进化出眨眼的能力，研究人员通过高速视频分析了弹涂鱼的行为，并将弹涂鱼的解剖结构与一种密切相关的不眨眼的水生鱼的解剖结构进行了比较。弹涂鱼的眼睛从头顶凸出，像青蛙的眼睛。眨眼时，鱼会瞬间将眼睛缩回眼窝，眼窝被称为“真皮杯”的弹性膜覆盖。弹涂鱼的眨眼持续时间与人类眨眼的时间大致相同。

“弹涂鱼的眨眼似乎是通过重新排列现有肌肉来改变它们的动作线，以及通过一种新组织——真皮杯的进化而进化而来的，”Aiello 说。“这是一个非常有趣的结果，因为它表明可以使用非常基本或基本的系统来执行复杂的行为。你不需要进化很多新东西来进化这种新行为——弹涂鱼只是开始以不同的方式使用它们已有的东西。”

为了揭示弹涂鱼在陆地上眨眼的原因，该团队考虑了眨眼在人类和其他四足动物中扮演的角色。在人类中，眼泪对于保持眼睛细胞的健康和充氧至关重要，因此研究人员分析了弹涂鱼是否也通过眨眼来保持眼睛湿润。

“我们发现，就像人类一样，弹涂鱼在面对干眼症时眨眼的频率更高，”Aiello 说。“令人难以置信的是，它们可以用眨眼来润湿眼睛，尽管这些鱼还没有进化出任何泪腺或泪管。我们的眼泪是由眼睛周围和眼睑上的腺体产生的，而弹涂鱼似乎将皮肤的粘液与环境中的水混合，形成泪膜。”

研究小组还测试了弹涂鱼是否可以通过眨眼来保护眼睛免受可能的伤害，以及眨眼是否可以清除鱼眼中的灰尘或碎屑。在这两种情况下，答案都是“是”。因此，弹涂鱼的眨眼似乎实现了人类和其他四足动物眨眼的三个主要功能——保护、清洁和保持水分。

“我们的研究考虑了活鱼的行为和解剖结构，这些鱼经历了向陆地生命的过渡，类似于最早的四足动物，这有助于我们重新想象这些早期四足动物如何以及为什么会眨眼，”Aiello 说。“有机会研究这种行为是如何以及为什么首先进化的，这为我们提供了一个绝佳的机会，可以更多地了解人类是如何成为现在这样的，并让我们深入了解与动物历史上的重大转变相关的变化——比如栖息在陆地上。 ”

Aiello 解释说，眨眼是人类和其他四足动物一整天都在做的事情，通常甚至没有注意到它的发生。他说，尽管这是一个微妙的动作，但眨眼实际上非常复杂和迷人，因为它是一种可以执行多种功能的单一行为，而这些功能对脊椎动物眼睛的健康和安全都至关重要。

“向陆地生活的过渡需要许多解剖学上的变化，包括进食、运动和呼吸空气的变化，”斯图尔特说。“基于弹涂鱼眨眼这一事实，它完全独立于我们自己的鱼类祖先而进化，在我们自己的谱系中具有许多与眨眼相同的功能，我们认为这可能是四足动物适应环境时进化的一系列特征的一部分在陆地上生活。”